贵州开阳地区磷块岩类型划分及沉积环境分析

李　磊，张亚冠，王泽鹏，叶　连，谭代卫，王大福，郭　磊

（1.贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队，贵州贵阳550018；2.中国地质大学〈武汉〉，湖北武汉430074）

贵州开阳地区磷块岩类型划分及沉积环境分析

李磊*1，张亚冠2，王泽鹏1，叶连1，谭代卫1，王大福1，郭磊1

（1.贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队，贵州贵阳550018；2.中国地质大学〈武汉〉，湖北武汉430074）

开阳地区陡山沱期磷矿结构类型以内碎屑磷块岩最为常见，鲕—豆粒磷块岩、叠层石磷块岩次之，泥晶磷块岩等其它类型较为少见，不同磷块岩类型对应一种特殊的地质环境。磷矿在较高能的环境下沉积，初期海侵携带深部富磷海水进入浅海，使该区成为磷酸盐含磷较高的磷质海滩。多期次的冲刷、暴露、再沉积作用可能是导致磷矿进一步富集的主要因素。

陡山沱组；磷块岩类型；沉积环境；开阳

开阳地区磷矿床以产量大、品位高闻名全国，区内已发现并开发利用的开阳磷矿，以其品位较高（P2O5平均含量33.7%）著称，使其长期居我国“三阳开泰”之首，是全国特大型的富磷矿床。关于该区磷块岩类型的划分及成矿环境，已有一些研究成果。陈其英（1985）首先将开阳地区之前习称的“假鲕状”、“砂状”磷块岩统一划分为内碎屑磷块岩，并认为磷块岩内碎屑是一种在成矿盆地内形成的磷酸盐碎屑，并进一步探讨磷矿床的成矿环境位于海侵前缘带、陆表海和深水盆地的过度部位或水下高地的周围地带；赵东旭（1986）同样认为碎屑磷块岩主要发育在陆缘海内侧的浅水地段，这些浅水地段多是由于靠近隆起或古陆所致；叶连俊（1989）认为开阳磷矿是由叠层石藻类捕获、堆积水流中的磷质颗粒而成，是物理富集和生物富集共同作用形成的沉积矿层。本文通过对开阳地区震旦纪陡山沱期磷矿石类型进行划分、总结，探究磷矿的沉积环境。

1　区域地质背景

开阳地区位处特提斯—喜马拉雅与濒太平洋2大全球构造域接合部东侧的扬子陆块边缘，位于扬子陆块东南缘黔北台隆边缘，属川滇黔相邻成矿带渝东南—黔中南锰、铝、铅锌、磷成矿远景区（图1）。

图1　贵州开阳地区大地构造位置图（据东野脉兴，2001）

1.1区域地层及含磷岩系

区域出露最老地层为青白口系清水江组，最新为第四系，其间缺失奥陶系、志留系、泥盆系及石炭系大部。区内见少量的二叠系峨眉山玄武岩分布，变质岩主要为元古界清水江组浅变质凝灰质板岩、变余粉砂质粘土岩、变余砂岩（图2）。

区域主要的含磷岩系分布于震旦系下统陡山沱组（Z1d）和寒武系下统牛蹄塘组（∈1n），其中以震旦系下统陡山沱组（Z1d）含磷岩系最为重要，具有厚度大、品位高的特点，其与区域上扬子地台陡山沱组含磷岩系对应（图3）。

1.2区域构造

该区位处扬子地台东南缘贵州东部南北向构造带和东西向构造的黔中隆起横跨及重叠区内。区域主要经历了晋宁（雪峰）运动、澄江运动、都匀运动、广西运动、紫云运动、黔桂运动、东吴运动、安源运动、燕山运动、喜马拉雅运动及新构造运动，其中影响较大的为晋宁运动、广西运动、安源运动、燕山运动、喜马拉雅运动。主要构造变形为燕山、喜马拉雅期。晋宁运动结束了上扬子活动陆缘，奠定了上扬子陆块的雏形，即由活动陆缘变为稳定台地。而且使青白口系上部遭受剥蚀。

图3　扬子地区早震旦世含磷地层分布图（据田升平等，2004）

区内褶皱及断裂都很发育，构造线方向主要呈北东向和近南北向（图2）。规模较大的褶皱有洋水背斜、冯三向斜、翁昭背斜、龙水背斜。褶皱的特点是：①多呈长条状；②舒缓开阔者与紧密狭窄者相间分布，后者两翼多不对称；③褶曲枢纽多呈舒缓波状起伏，背斜扬起端和向斜倾没端倾角10°左右，个别向斜枢纽低俯地段形成构造盆地；④褶褶与断层关系紧密，背斜多被走向逆冲断层破坏。

2　磷块岩结构类型划分

磷块岩结构类型的划分对磷矿的成因认识和沉积相划分具有十分重要的意义。叶连俊等在《中国磷块岩》一书中根据磷块岩的成因把其基本结构分为6大类（表1）。开阳地区与相邻的瓮安地区、遵义地区磷块岩类型有所不同，瓮安地区磷块岩类型以生物结构磷块岩为主，包括生物球粒磷块岩、多细胞藻类磷块岩等（陈国勇，2015），遵义地区磷块岩以泥晶磷块岩为主，而开阳地区最为常见的磷块岩结构类型为内碎屑结构磷块岩，鲕、豆粒磷块岩、叠层石磷块岩次之，泥晶磷块岩等其它类型较为少见。

3　砂屑磷块岩及沉积环境

表1　磷块岩的基本结构—成因分类（叶连俊等，1989）

砂屑磷块岩为开阳地区分布最为广泛的磷块岩矿石类型，磷质砂屑的大小为0.1～2mm，主要为0.1～0.2mm，在矿石中含量50%～90%；砂屑为菱角状、半菱角状至浑圆状，主要由泥晶磷块岩破碎颗粒组成，也见各种颗粒磷块岩和生物磷块岩砂屑。砂屑颗粒周围往往存在亮晶磷灰石包壳，呈等厚纤维状，存在几个到十几个圈层。磷质砂屑颗粒之前存在多种类型的胶结物，常见有磷质、碳酸盐质和硅质胶结物3种，且一般当胶结物为磷质时，砂屑的分选、磨圆较差，而当胶结物为碳酸盐或硅质时，砂屑的分选性和磨圆性明显变好。砂屑磷块岩一般认为是已沉积的泥晶磷块岩受水流破碎、堆积而成，一般形成于潮坪、浅滩等高能环境（叶连俊，1989）。

砂屑磷块岩颗粒周围均有纤维状亮晶磷灰石包壳。由于受海平面变化影响，磷质等厚环边胶结的砂屑磷块岩胶结物成分会随之发生改变，且海水地球化学条件受气候、海平面升降等影响，水体含磷量会出现波动，导致磷块岩中砂屑颗粒、胶结物成分均有所变化，主要为磷质等厚环边胶结加磷质泥晶胶结、白云石亮晶胶结，甚至出现白云质条带与磷质条带间歇性沉积。此外，砂屑磷块岩矿层内普遍可见溶蚀孔洞、侵蚀间断面等暴露构造，且存在结构疏松的土状磷块岩，表明陡山沱期海平面变化频繁，浅水滨岸带水动力较强，甚至在短暂时期内露与水平面之上，形成的各类磷矿床在未完全固结、硬化之前遭受不同程度的暴露作用，导致白云石等副矿物淋滤、流失，使磷质聚集。暴露过后的矿层会重新被富磷海水淹没，受风化、淋滤作用影响的磷矿石又一次遭受海流、波浪的冲刷破坏，使磷矿石再次筛选富集，当富磷海水继续进行磷质沉积时，原本已形成较高品位的磷矿石继续接受磷质胶结，矿层的品位、厚度都随之加大，形成开阳地区独特的优质砂屑磷块岩类型。

4　白云质条带状磷块岩及沉积环境

条带状磷块岩是指由磷质条带和白云质条带互层组成的磷块岩类型，为开阳地区主要矿石类型之一。磷质条带分为磷质砂屑颗粒条带或泥晶磷质条带2种，磷质砂屑颗粒条带内的磷质颗粒大小、形态、胶结物类型均与砂屑磷块岩类似；泥晶磷质条带则主要由泥晶磷灰石组成，条带内夹杂石英、云母等碎屑颗粒，且碎屑颗粒往往粒径小于0.2mm，颗粒成熟度较低。白云质条带主要由白云石颗粒组成，条带内偶夹磷质颗粒，颗粒大小不一，且颗粒周围无亮晶磷灰石包壳。不同地区或不同层位的磷质或白云质条带厚度不一，条带厚度一般介于0.5～5mm之间，部分地区条带厚度较细，受水流作用影响呈错动条纹状。

条带状磷块岩一般认为是海平面不断变化导致海水化学条件不断变化引起磷质和白云质的交互沉积（柴华等，2015）。当海水磷酸盐含磷充足时，沉积磷质条带，磷质沉积物受水流破碎影响形成磷质颗粒堆积。当海水磷质输入不足时，会形成白云质沉积，磷质颗粒会受白云质胶结，且在磷质条带沉积间歇发育白云质条带沉积。

5　砾屑磷块岩及沉积环境

由含量大于50%的磷质砾屑组成，砾屑直径大于2mm，典型砾屑磷块岩的磷质砾屑大小多在1～5cm；砾屑平面为扁平的饼粒，纵切面为竹叶状；砾屑有不同的磨圆度，从菱角状到半滚圆状，部分砾屑可见相互挤嵌、塑性变形等现象，说明它们是在尚未完全固结石化之前就受到冲刷破碎堆积胶结而成的；砾屑受水流搬运的影响，有时呈叠瓦状排列。磷质砾屑内主要成分为带有亮晶磷灰石包壳的磷质砂屑颗粒紧密堆积而成，推测为砂屑磷块岩破碎形成。

砾屑磷块岩一般出现在滨岸带或水下高地附近，是浅滩、潮道等高能环境下的沉积标志。开阳地区陡山沱组含磷岩系底部广泛发育砾屑磷块岩，沉积厚度较小，一般小于1m，砾屑成分主要为砂屑磷矿岩破碎而成，表明已沉积的磷块岩受到了高能水体的破碎、搬运或受风暴作用冲刷、激荡。

6　鮞、豆粒磷块岩及沉积环境

鲕豆粒磷块岩在开阳地区有一定分布，组成矿石的磷质鲕粒呈卵圆形或圆形，大小与团粒相仿，均具有典型的同心圈层构造。鲕粒的核心既可以是泥晶磷质破碎的，也可以是非磷质的陆源碎屑颗粒；鲕粒的同心圈层常常是隐晶质或非晶质的磷质壳层相互包叠，有时则可以使磷质与碳酸盐质或硅质泥质的圈层相间叠覆。磷质豆粒一般直径大于2mm，同鲕粒相似也有磷酸盐的同心圈层；豆粒的核心可以是砂质磷块岩的碎屑或者是破碎了的鲕粒，也可以是隐晶质的磷灰石集合体。鲕、豆粒磷块岩多形成与潮下高能浅滩搅动的水体环境下。

鲕粒磷块岩需要较高能的水环境，是在水体较浅的富磷海水中，磷质破碎颗粒或陆源碎屑颗粒不断悬浮、扰动，在颗粒周缘不断生长磷质圈层，组成鲕、豆粒的胶结物主要为白云石颗粒，表明鲕、豆粒形成后沉积环境由磷质沉积转变为白云质沉积。

7　泥晶磷块岩及沉积环境

主要为泥晶磷块岩，矿石呈灰至深灰色，致密、均匀、坚硬，外表像泥岩、泥灰岩或燧石岩（图4），由隐晶质或微晶质的碳氟磷灰石组成，但常常有泥质、碳酸盐质和有机（碳）质，由于磷灰石晶粒很细，普通偏光显微镜下很难观察到矿物的光性显示，质地较纯的矿石表面常见细的干缩裂纹。由于开阳地区陡山沱期处浅水高能近岸滩相环境，此种磷矿石类型在开阳地区比较少见，一般在局部潮下低能带或局限盆地深水相，很难出现单独大型矿床。

图4　开阳地区泥晶磷块岩（正交偏光）（A）和鲕粒磷块岩（单偏光）（B）

8　叠层石磷块岩及沉积环境

叠层石磷块岩柱体有泥晶磷质受藻类微生物粘结叠覆生长，叠层石柱体呈层状、弯状和锥状等，由亮暗相间的磷质纹层叠置的层状体、弓状纹层叠置的柱状体和呈锥状纹层显置的柱状体所组成，柱体之间往往为磷质充填，磷质充填物为砂屑颗粒状，颗粒形态与开阳地区普遍发育的砂屑磷块岩形态相类似。叠层石形成环境主要是潮间带下部，并可延伸到潮下带上部，但叠层石磷块岩在开阳地区发育并不广泛，在部分地区部分层位有零星产出。

9　磷矿沉积环境分析

通过对开阳地区磷矿床的勘查可见，开阳磷矿是以内碎屑磷块岩为主要矿石类型的沉积型磷矿床，表明开阳地区陡山沱期磷矿层沉积过程中处较高能的磷质环境，陡山沱初期海侵携带深部富磷海水进入浅海，使开阳地区成为磷酸盐含磷较高的磷质海滩。开阳地区陡山沱期磷块岩内生物作用痕迹较少，矿石主要类型以内碎屑磷块岩为主。由于陡山沱期海平面不断波动，沉积后矿石并非直接埋藏，而是历经了多期次的冲刷、暴露、再沉积作用。经过水流冲刷、风选后，磷质呈内碎屑颗粒状聚集，细粒陆源碎屑物质被水流带走，矿层经历物理机械富集。随后的暴露、风化作用使磷矿层主要副矿物白云石化学淋滤流失，矿层内磷质再一次聚集。随后海侵时富磷海水继续进行磷质沉积时，原本已形成较高品位的磷矿石继续接受磷质胶结，矿层的品位、厚度都随之加大，但也可能沉积白云质形成条带状磷块岩降低磷质品位。最终，磷矿床经过多阶段冲刷破碎、暴露淋滤作用形成较高品位磷矿床。

10　结论

（1）开阳地区磷矿以其富而著称，区内最为常见的磷块岩结构类型为内碎屑结构磷块岩，鲕、豆粒磷块岩、叠层石磷块岩有一定的发育，泥晶磷块岩等其它磷块岩类型较为少见。

（2）不同磷块岩类型对应一种特殊的地质环境，如砂屑磷块岩一般形成于潮坪、浅滩等高能环境；条带状磷块岩一般认为是海平面不断变化导致海水化学条件不断变化引起磷质和白云质的交互沉积；砾屑磷块岩一般出现在滨岸带或水下高地附近，是浅滩、潮道等高能环境下的沉积标志；叠层石形成环境主要是潮间带下部，并可延伸到潮下带上部。

（3）开阳地区陡山沱期磷矿层沉积过程中处较高能的磷质环境，陡山沱初期海侵携带深部富磷海水进入浅海，使开阳地区成为磷酸盐含磷较高的磷质海滩。多期次的冲刷、暴露、再沉积作用可能是导致磷矿进一步富集的主要因素。

［1］陈其英，郭师曾.中国东部震旦纪磷块岩的结构成因类型及其沉积相和环境［J］.地质科学，1985（3）.

［2］赵东旭.震旦纪陡山沱组的碎屑磷块岩［J］.岩石学报，1986 （3）：66-75.

［3］叶连俊，陈其英，赵东旭，陈志明，陈有明，刘魁梧.中国磷块岩［M］.北京：科学出版社，1989.

［4］东野脉兴.扬子地块陡山沱期与梅树村期磷矿区域成矿规律［J］.化工矿产地质，2001，23（4）：193-209.

［5］田升平，王庆龙，朱红军，朱彦农，周建民，王吉平.西南地区风化磷矿定量勘查评价［J］.化工矿产地质，2004，26（4）：205-209.

［6］陈国勇，杜远生，张亚冠，陈庆刚，范玉梅，王泽鹏，谭华.黔中地区震旦纪含磷岩系时空变化及沉积模式［J］.地质科技情报，2015（6）：17-25.

［7］柴华，武景龙，密文天，尚进.贵州瓮安陡山沱组磷块岩岩石学特征及分类［J］.西部资源，2015.

P53

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1004-5716（2016）07-0170-05

2016-03-10

2016-03-12

中国地质调查局地质调查项目（编号：12120114016501）和贵州省地质矿产勘查开发局项目（黔地矿办发［2013］56号）联合资助。

李磊（1987-），男（仡佬族），贵州遵义人，助理工程师，现从事地质找矿工作。